Ви коли-небудь замислювались, звідки береться інформація про калорії на етикетках продуктів? Як можна дізнатися, скільки енергії дасть їжа, фактично не вивчаючи її шлях від рота до будь-яких клітин, які накручуються споживаючи молекули глюкози, що утворюються з вуглеводів, жирів та білків, що складають (неводну) частину їжі, яку ви їсти?
Вміст калорій або теплотворна здатність, речовина - це кількість енергії, яка виділяється, коли речовина повністю «згоріла» або зазнає повного згоряння. Горіння є одним із п'яти основних видів хімічних реакцій, і воно завжди відбувається в присутності газоподібного кисню (O2), причому інший реагент - це якесь паливо (як правило, на основі вуглецю).
- Калорійність речовини, як правило, дається в розрахунку на кількість, тобто на моль (м) спаленої речовини.
Як вимірюється калорійність паливної енергії?
По-перше, деяка термінологія. A калорійність (кал) - кількість теплоти (енергії), необхідної для підвищення температури 1 г (грам) води на 1 градус Цельсія (° С). "Калорії" на етикетках продуктів харчування насправді є кілокалоріями, або ккал (1000 кал). У хімії стандартною одиницею енергії є джоуль (Дж), рівний 4,18 кал. Таким чином, 1 харчова "калорія" дорівнює (1000) (4,18) J = 4,18 кДж.
Вміст енергії в їжі вимірюється шляхом введення відомої маси певної речовини (наприклад, етанолу, амінокислоти, глюкози) у пристрій, який називається бомбовий калориметр і вимірювання кількості теплоти, що виділяється, коли реакція завершується. Це досягається вимірюванням зміни температури відомої маси води в герметичному калориметрі.
Ця піднаука, т.зв. калориметрія, дозволяє здійснити теоретичний розрахунок теплотворної здатності. Це залежить від того, як знати, як дана енергія вносить зміни у відому масу води. Насправді ця кількість, що називається питома теплоємність води, відомий вже деякий час і пояснюється нижче. (Інші речовини мають свої специфічні нагрівання для використання в різних хімічних ситуаціях.)
Як розрахувати теплотворну здатність палива
Формула теплоти згоряння (або ентальпії згоряння) є рівнянням:
H = m_C_ΔT
Тут H - тепло, що виділяється при згорянні, m - маса води в грамах води, яка використовується як теплозбірник, C. є питома теплоємність води (4,184 Дж / г⋅ ° C), а ΔT - зміна температури в ° C.
Формула теплотворної здатності часто виглядає інакше, ніж ця, оскільки Н і С часто представлені різними символами. Поки всі одиниці вирівнюються так, що у вас залишаються одиниці енергії (бажано J), точна формула теплотворної здатності, яку ви використовуєте, не має значення.
Приклад розрахунку теплотворної здатності
15,5-грамовий зразок етанолу, С2H6O (алкоголь у "дорослих напоях") спалюють у 2000 г H2O (2 літри при кімнатній температурі). Це призводить до зміни температури на 55 ° C. Яка мольна теплота згоряння (теплота згоряння на моль) етанолу? Зверніться до періодичної таблиці (див. Ресурси) щодо молекулярних ваг елементів.
По-перше, використовуйте періодичну таблицю, щоб розрахувати кількість молей етанолу. 1 моль містить два атоми С (молекулярна маса, або МВ, 12,0 г; шість атомів Н (МВт = 1,07 г); і один атом кисню (МВт = 16,0 г). Таким чином 1 моль = (2) (12) + (6) (1) + 16 = 46,0 г. У вас 15,5 г, отже, у вас 15,5 / 46,0 = 0,336 моль.
Тепер звернімося до рівняння вище, щоб з’ясувати енергію, що звільняється від маси m, відомого значення C., і зміна температури ΔT води:
H = (2000 г) (4,184 Дж / г⋅ ° C) (55 ° C) = 460240 Дж = 460,24 кДж
Тепер розділіть на кількість присутніх родимок, щоб отримати молярну теплоту згоряння етанолу:
(460,24 кДж) / (0,336 моль) = 1369 кДж / моль.
Це значна кількість, чого б ви очікували від чогось, що може використовуватися для живлення автомобілів.